第四章 线程

1. 进程的特点

• 资源所有权 - 一个进程包括一个存放进程映像的虚拟地址空间；

• 调度/ 执行 - 一个进程沿着轨迹执行，可能和其他进程交替。

2. 线程的引入

系统必须完成的操作：

• 创建进程

• 进程切换

• 撤消进程

缺点：时间空间开销大，限制并发度的提高。

进程的引入提高了计算机资源的利用效率。但在进一步提高进程的并发性时，人们发现进程切换开销占的比重越来越大，同时进程间通信的效率也受到限制。

线程的引入正是为了简化进程间的通信，以更小的开销来提高进程内的并发程度。

某些操作系统独立处理进程的两个特点：

• 调度和分派：基本单位通常称为线程或轻量级进程；

• 资源分配和保护：独立单位通常称为进程

传统：单线程；

现在：多线程 — 每个进程内允许包含多个并发执行的实体（控制流）。

一、多线程

OS 在单个进程内支持多个并发执行路径的能力。

• DOS 系统支持；

• UNIX 系统；

• Java 运行环境。

1. 线程和进程的区别

• 进程是资源分配和抢占 CPU 的单位；所有线程共享该进程的状态和资源，驻留在同一块地址空间，可以访问到相同数据；

• 线程是进程内部最小的调度单位；一个进程可产生多个线程，并发执行；

• 线程不拥有系统资源，共享内存，线程通信和切换开销小。

2. 多线程环境下的进程

• 是操作系统中进行除处理器外的资源分配和保护的基本单位；

• 有独立的虚拟地址空间，用来容纳进程映像(如与进程关联的程序与数据)；

• 各种资源实施保护：如受保护地访问处理器、文件、外部设备及其他进程(进程间通信)。

3. 多进程环境下的线程

• 是进程中能够独立执行的实体；

• 是处理器调度和分派的基本单位；

• 线程是进程的组成部分。

• 每个线程都有独立的栈，独立的控制块包含寄存器值、优先级和其他线程相关的状态信息。

每个线程的相关元素：

1. 线程执行状态；

2. 在未运行时保存的线程上下文；

3. 一个执行栈；

4. 用于每个线程局部变量的静态存储空间；

5. 与进程内的其他线程共享的进程内存和资源的访问。

4. 线程组成

• 线程标识符；

• 线程状态信息：运行态、阻塞态、就绪态；

• 线程上下文：可把线程看成是进程中一个独立的程序计数器在操作；

• 内核栈：内核态下工作时，保存参数，函数调用时的返回地址等；

• 私有存储区：用于存放线程局部变量及用户栈。

5. 线程的优点

• 创建新线程比创建一个新的进程要快许多；

• 终止一个线程比终止进程时间少；

• 同一进程内线程间切换比进程间切换时间少；

• 线程提高了不同的执行程序间通信的效率。

6. 线程的功能特性

6.1 线程状态：

①运行态、 ② 就绪态、③阻塞态。

6.2 基本操作：

• 派生：派生新进程同时派生新线程；线程也可在同一个进程中派生新线程；

• 阻塞：当线程等待一个事件时；

• 解除阻塞：当等待的事件发生， 移入就绪队列；

• 结束：线程执行完毕，释放其寄存器上下文和栈。

6.3 线程同步

• 一个进程中的所有线程共享地址空间和其他资源；

• 一个线程对资源的修改都会影响同一个进程中其他线程的环境；

• 需同步各线程，互不干涉，保护数据结构